Eckhart Weber ist - bereits seit 1986 - ein Pionier der Stirlingmotor-Entwicklung. So wird zum Beispiel seine solare Wasserpumpe mit einer Freikolben-Stirlingmaschine angetrieben, bei der zwei durch Resonanz gekoppelte Masse-Federsysteme für den Bewegungsablauf der Kolben sorgen. Die Antriebsenergie liefert über einen integrierten Kollektor die Sonne, zur Kühlung wird das geförderte Grundwasser genutzt. Alle Teile der einfachen Konstruktion können in Dritte-Welt-Ländern gefertigt werden, wofür Weber bereits mehrere Lizenznehmer gefunden hat.

Der Nürnberger Entwickler und sein Team experimentieren mit weiteren nicht kinematischen Stirlingmaschinen: Bei dem Linear-Stirlingmotor werden die Kolben nur durch elektromagnetische Kräfte bewegt; im akustischen Stirlingmotor geschehen die Expansion und Kompression in einer Schallwelle, der durch Temperaturdifferenz Energie zugeführt beziehungsweise entzogen wird.

Doch Webers Hauptinteresse gilt derzeit einem "klassischen" Motor mit Kolben, die über Pleuel, Kurbelwelle und Schwungrad bewegt werden. Dieser Sunmachine-Stirlingmotor ist von seinem Konstrukteur Stefan Viebach so konzipiert, dass er als "stromerzeugende Hausheizung" wartungsfrei eingesetzt werden kann. Dazu sind die Kolbenringe und Kolbenflächen aus modernen, trocken laufenden Werkstoffen gefertigt, so dass der Motor ohne Schmieröl und ohne Ölwechsel auskommt.

Entscheidend ist die niedrige Leistungsdichte des Motors, der mit 750 Umdrehungen pro Minute bei einem maximalen Arbeitsgasdruck von 30 bar arbeitet. Theoretisch könnte der Motor mit Luft als Arbeitsgas laufen, doch um die Lebensdauer der Maschine nicht durch Korrosion zu gefährden, setzt Weber Stickstoff ein. Dieser wird mit Hohlfaserbündel-Molekularsieben aus Luft abgeschieden - ein in der Industrie seit Jahren bewährtes Verfahren. Die ständige Verfügbarkeit des Arbeitsgases, das mit einem einfachen Kompressor in den Motor befördert wird, macht eine Leistungsregelung über den Arbeitsdruck sowie den Ausgleich eventueller Leckverluste möglich. Dies erlaubt auch eine kostengünstige Konstruktion aus Gussteilen.

Der Expansions- und der Kompressionszylinder sind in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Die Pleuel der beiden Kolben in den Zylindern sitzen auf dem Kurbelzapfen der gemeinsamen Welle des Motors und des Generators. Der eigens für die Sunmachine entwickelte elektrische Generator ist in den Druckbereich des Motors integriert und dient mit seinem Außenläufer als Schwungmasse. Zylinderlaufflächen, Arbeitsgaskühler und Generator haben Kühlkanäle, die vom Heizungswasser durchströmt werden, womit die im Motor produzierte Wärme genutzt wird.

Über dem Expansionszylinder ist der ErhitzerkopfWärmetauscher angeordnet, der dank der niedrigen Leistungsdichte des Motors mit großen Erhitzerflächen ausgeführt werden konnte. Die Wärme liefern ein Brenner oder konzentriertes Sonnenlicht. Die vom Arbeitsgas durchströmten Kanäle im Inneren des Erhitzerkopfes sind Teil des Verbindungsweges zwischen dem Expansions- und dem Kompressionsraum, in dem auch der Regenerator und der Arbeitsgaskühler liegen. Der Regenerator, ein regenerativer Wärmespeicher ("Wärmeschwamm"), entzieht dem Arbeitsgas Wärme, bevor es in den kalten Kompressionszylinder gelangt, und gibt diese Wärme zurück, wenn das Gas in den heißen Expansionszylinder zurückkehrt. Der Regenerator ist entscheidend für den hohen Wirkungsgrad des Motors.

Erhitzerkopfkanäle, Regeneratorgehäuse, Kühlwasserkanäle und Arbeitsgaskühler sind bei der Sunmachine konzentrisch um den Expansions- und Kompressionszylinder angeordnet und in die Gussteile integriert, was die Herstellungskosten senkt. Diese durch Computersimulationen optimierte Konstruktion ist zum Patent angemeldet.

Das Ergebnis einer dreijährigen Entwicklungsarbeit, in die Weber mit seinen Partnern mehrere Mio. DM gesteckt hat, sind die ersten voll funktionsfähigen, durch ein elektronisches Power-Management-System gesteuerten Prototypen der Sunmachine. Die Gasvariante mit einer elektrischen Leistung von rund 3 kW arbeitet mit einem angepassten Flox-Rekuperatorbrenner der WS-Wärmeprozesstechnik, der mit einer flammlosen Verbrennung sehr niedrige NOx-Emissionen hat. Die im Brenner integrierte Luftvorwärmung wird benötigt, um einen hohen elektrischen Wirkungsgrad der Maschine zu erreichen. Bei dem Prototyp, der mit Erdgas, Flüssiggas oder Biogas betrieben werden kann, sind es fast 30 Prozent, die durch Optimierungen auf 35 Prozent angehoben werden sollen. Der Sunmachine-Prototyp hat eine thermische Leistung von 6 kW, wobei der integrierte Brenner künftig bis 20 kW Wärmeleistung zur Verfügung stellen kann. Damit ist ein zusätzlicher Spitzenlastkessel nicht notwendig.

Die äußere Wärmezufuhr des Stirling-Motors erlaubt es, die unterschiedlichsten Wärmequellen zu nutzen. Zur Prototypreife hat Weber bereits einen emissions-
armen Holzpellet-Brenner entwickelt. Ein ebenfalls emissionsarmer Ölbrenner mit einer integrierten Luftvorwärmung, der dann auch Pflanzenöle verwerten wird, steht noch im Entwicklungsplan.

Als Prototyp ist bereits eine Sunmachine für Hybridbetrieb verfügbar, bei der je nach Sonnenstrahlung ein Sonnenspiegel oder ein Erdgasbrenner die Wärme für den Stirlingmotor liefern. Der vom Weber-Team entwickelte Parabolspiegel, der je nach Leistungsgröße des Stirling-Motors einen Durchmesser von 2,5 bis 4 m hat, ist in acht Segmente aus hochtransparentem, eisenfreiem Solargas aufgeteilt. Sie sind als ein Blütenkelch angeordnet und werden durch die Elektronik der Sunmachine dem Sonnenstand nachgeführt. Die zweidimensional gebogenen Spiegelelemente des Fürther Glasveredlers Flabeg sind dauerhaft mit Silber verspiegelt und wetterfest versiegelt. Ähnliche Spiegel sind seit rund 15 Jahren erfolgreich und wirtschaftlich in Sonnen-kraftwerken in Kalifornien im Einsatz. Die kratzfeste Oberfläche ist resistent gegen Hagelschlag und würde Wüstensandstürmen widerstehen.

Die Hybrid-Sunmachine ersetzt eine gute Photovoltaik-Anlage, einen modernen Brennwertkessel sowie sechs Solarkollektoren, hält aber länger und kostet weniger, rechnet Weber vor. Für die solare und nichtsolare Version glaubt er, bereits bei kleinen Serien ab 500 Einheiten pro Jahr einen wirtschaftlich akzeptablen Preis erzielen zu können. Nach Webers Einschätzung wird der Markt künftig eine Massenfertigung von mindestens 100.000 Einheiten pro Jahr möglich machen.

Doch bevor die Kleinserienfertigung beginnen kann, muss die Sunmachine in Feldtests ihre Langlebigkeit und Funktionstüchtigkeit beweisen. Weber hat dazu einen detaillierten, bis 2006 reichenden Entwicklungsplan mit einem Investitionsvolumen von 12 Mio. DM erstellt, an dessen Ende die Sunmachine als marktreifes Produkt in Leistungsgrößen von 1, 2 und 4 kW_el stehen soll.

Zur Umsetzung benötigt Weber strategische Partner, die sich in dem Markt der dezentralen Energieversorgung engagieren wollen, sowie risikobereite, ökologisch interessierte Anleger. Eine Sunmachine GmbH als Beteiligungsgesellschaft ist bereits gegründet.

(Quelle: http://www.sunmachine.de/)